全 文 ：第 ww卷 第 {期
u s s {年 { 月
林 业 科 学
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不同土地利用方式对湘中丘陵区土壤质量的影响 3
尹刚强t ou 田大伦t 方 晰t 洪 瑜t ov
kt1中南林业科技大学生态研究室 长沙 wtsssw ~ u1 国家林业局 北京 tssztw ~
v1 宁夏农林科学院农业资源与环境研究所 银川 zxsssul
摘 要 } 对湘中丘陵区 z种典型土地利用方式k次生林 !经济林 !杉木人工林 !苗圃地 !坡耕地 !采伐迹地 !弃耕地l
的表层ks ∗ tx ¦°l土壤性状进行比较分析 o筛选出土壤密度 !³‹值 !有机碳 !全氮 !全磷 !全钾 !碱解氮 !有效磷 !速效
钾含量作为土壤质量评价指标 o运用土壤质量综合指数和土壤退化指数评价不同土地利用方式的土壤质量水平及
退化程度 ∀结果表明 }z种不同土地利用方式之间 o表层土壤密度 !³‹ 值 !有机碳 !全氮 !全磷 !全钾 !碱解氮 !有效
磷 !速效钾含量均表现为差异显著 ~z种土地利用方式的土壤质量综合指数表现为次生林k|x1vx h l  经济林
kzv1{v h l 采伐迹地kyw1wt h l 杉木人工林kyu1yt h l 弃耕地kxy1vs h l 坡耕地kuz1vx h l 苗圃地kw1{w h l o
土壤退化指数表现为次生林ksl 经济林k p |1|s h l 采伐迹地k p tw1vx h l 杉木人工林k p tw1|y h l 弃耕地
k p uu1uu h l 坡耕地k p vu1ty h l 苗圃地k p ws1ww h l o土壤退化指数与土壤质量综合指数评价结果一致 o表明土
壤退化指数和土壤质量综合指数均能有效地评价不同土地利用方式的土壤质量 ∀
关键词 } 土地利用方式 ~土壤性状 ~土壤质量 ~土壤退化 ~湘中丘陵区
中图分类号 }≥tx ~ƒvst1uw 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kuss{ls{ p sss| p sz
收稿日期 }ussz p sx p tt ∀
基金项目 }科技部基础条件平台建设项目kusszs{uul ~科技部公益性研究项目kusszwtxl ~国家林业局项目kussz• uv !ussxs{l ~湖南省重点
实验室ksyƒvs{v !usszƒwswyl ~湖南省教育厅项目ksy≤|uvl ~中南林业科技大学引进高层次人才科研启动基金项目 ~中南林业科技大学青年
基金项目ksxsww…l ~ussy年度湖南省普通高校青年骨干教师培养对象项目资助 ∀
3 田大伦为通讯作者 ∀
Εφφεχτσ οφ Λανδ Υσε Τψπεσ ον Σοιλ Θυαλιτψ οφ τηε Ηιλλψ Αρεαιν Χεντραλ Ηυναν Προϖινχε
≠¬± Š¤±ª´¬¤±ªtou ׬¤± ⁄¤¯∏±t ƒ¤±ª÷¬t ‹²±ª ≠∏tov
kt1 Ρεσεαρχη Σεχτιον οφ Εχολογψo ΧεντραλΣουτη Υνιϖερσιτψοφ Φορεστρψανδ Τεχηνολογψ Χηανγσηα wtsssw ~ u1 Στατε Φορεστρψ Αδµινιστρατιον
Βειϕινγ tssztw ~ v1 Ρεσουρχε ανδ Ενϖιρονµεντ Ινστιτυτε οφ Νινγξια Αχαδεµψοφ Αγριχυλτυρε ανδ Φορεστρψ Σχιενχε Ψινχηυαν zxsssul
Αβστραχτ } ײ³¶²¬¯ ks ∗ tx ¦°l ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¶¨√¨ ± ·¼³¬¦¤¯ ¤¯±§∏¶¨ ·¼³¨¶k¶¨¦²±§¤µ¼ ©²µ¨¶·2¯ ¤±§¶o ¦¨²±²°¬¦©²µ¨¶·2¯ ¤±§¶o
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Κεψ ωορδσ} ¤¯±§∏¶¨ ·¼³¨¶~¶²¬¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶~¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼~¶²¬¯ §¨ªµ¤§¤·¬²±~¦¨±·µ¤¯ «¬¯¯¼ ¤µ¨¤²© ‹∏±¤± °µ²√¬±¦¨
土壤是一种重要的自然资源 o土壤质量的维护和提高是全球生物圈可持续发展的重要因素之一k刘占锋
等 oussyl ∀土壤质量能最敏感地指示土壤条件动态变化 o既能反映土壤管理的变化 o也能反映土壤恢复或退
化的能力 ∀人类的土地利用和管理活动可引起许多自然现象和生态过程变化 o如土壤养分 !土壤水分 !土壤
侵蚀 !土地生产力 !生物多样性和生物地球化学循环等k郑华等 oussw ~巩杰等 ousswl o所以土地利用和管理活
动会在很大程度上影响土壤质量的时空变化 ∀随着人口 p资源 p环境间矛盾日趋尖锐 o世界各地的土壤退
化现象相当严重 o已日益威胁到人类赖以生存的土地资源 ∀土壤质量问题已经受到广泛关注 o尤其是人类活
动引起的土壤退化及其对生产活动和居住环境的影响k苏永中等 oussvl ∀了解土壤质量与土地利用方式之
间的复杂关系 o是了解生态系统结构功能及生态过程 !评价土地利用变化对生态因子影响 !实现土壤资源持
续利用和防止土壤质量退化的关键k刘世梁等 oussvl ∀但是土壤质量的界定涉及到许多方面k如土壤类型 !
土地利用方式 !作物或植被的自身特性等l o土壤质量评价参数也非常多k包括物理的 !化学的 !生物的l o目前
国际上还没有一个全面的 !系统的 !权威的评价体系能使土壤质量精确定量化 ∀近十几年来 o国内外许多学
者不断地探索和完善土壤质量评价体系k孙波等 ot||| ~侯文广等 oussv ~刘德春等 oussw ~≥°¬·« ετ αλqot||vl ∀
在土地利用 !土地覆盖与土壤特性关系的研究中 o对土壤质量及其退化的研究也在不断涌现k刘占锋等 o
ussy ~巩杰等 oussw ~郑华等 oussw ~苏永中等 oussv ~刘世梁等 oussvl ∀
在湘中丘陵区 o人类从事生产活动和开发的历史悠久 ∀由于森林砍伐 !次生演替 !农业耕作及人工林种
植而形成了异质性景观 ∀近几十年来 o工农业生产活动更以前所未有的速度发展 o人口的快速增长及种种不
合理的土地利用方式彻底改变了湘中丘陵区生态系统 o严重影响了土地的生产能力 o土地退化现象大范围发
生 o人多地少的矛盾日益突出k周勇等 oussu ~谢炳庚等 ousstl ∀本研究对湘中丘陵区 z种典型土地利用方式
k次生林 !经济林 !人工林 !采伐迹地 !弃耕地 !坡耕地 !苗圃地l的土壤性状进行比较分析 o运用土壤综合质量
指数和土壤退化指数评价不同土地利用方式对土壤质量的影响程度 o比较 u种方法对土壤质量评价的有效
性 o以期为湘中丘陵区乃至全国退化生态系统恢复和区域土地资源管理以及土地的持续利用提供理论依据 ∀
t 试验地概况
试验地设在湖南省长沙市南郊的湖南省林科院试验林场kttvβstχ ∞ou{βsyχ ‘l o总面积约 uw{1s «°u o属
低山丘陵 o海拔 xs ∗ tts ° o丘岗 !平地 !丘谷 !山塘相间分布 o地势比较平缓 o坡度一般在 us β以下 o适合人们
开展各种生产活动 ∀属典型的亚热带季风湿润性气候 o年均气温 tz1u ε o年降水量 t wtt1w °° o年均相对湿
度 {s h ∀土壤类型为第四纪网纹层母质发育的酸性红壤 o土壤 ³‹ 值为 w1x ∗ x1x ∀由于林场地处长沙 !株
洲 !湘潭接合处 o土地受人类活动干扰较大 o自然植被破坏严重 o土壤侵蚀强烈 o主要土地利用方式有农用坡
耕地 !次生林地 !人工林地 !经济林地 !弃耕后形成的灌木林地 !采伐迹地和苗圃地 ∀
u 研究方法
211 样品采集
在林场及周围 u ®°范围内 o据典型性和代表性原则分别在坡向 !坡度 !坡位和海拔高度基本一致的试验
地中 o选择以下 z 种土地利用方式 }tl以樟树k Χινναµοµυµ χαµπηοραl !马尾松k Πινυσ µασσονιαναl !杉木
kΧυννινγηαµιαλανχεολαταl !枫香树k Λιθυιδαµβαρ φορµοσαναl !青冈栎k Χψχλοβαλανοπσισ γλαυχαl和白栎k Θυερχυσ
φαβριl等树种为主的 vs年生次生林 ~ul以种植油茶k Χαµελλια ολειφεραl为主的 vx年生经济林 ~vlvs年生杉木
人工林 ~wl培育湿地松k Πινυσ ελλιοττιιl !马尾松 !杉木 !樟树 !油茶 !柑橘k Χιτρυσ ρετιχυλαταl以及板栗k Χαστανεα
µολλισσιµαl的苗圃地kux年l ~xl坡耕地k种植各种农作物 ts年以上l ~yl原为约 vs年生檫树kΣασσαφραστζυµυl
人工林 oussw年 ts月采伐后形成的采伐迹地 ~zl弃耕 vs年后以稀疏灌木为主的弃耕地 ∀
ussy年 x月 o在各林地内均以/ ≥0形布点 {个 o并在每个点的周围取 v个土样 o即每种利用方式采样 uw
个 o每个土样为 t ®ª的 s ∗ tx ¦°土层的土壤 o带回实验室分析 ∀同时 o采用环刀法分别测定土壤密度 ∀
212 测定方法
将野外带来的土壤样品按常规测定分析方法k中国科学院南京土壤研究所 ot|z{l进行处理 ∀逐一测定
每个样点的土壤 ³‹值 !有机碳 !全氮 !全磷 !全钾 !碱解氮 !有效磷 !速效钾等 o取多点样品的平均值作为每种
土地利用方式的最终分析结果 ∀将各种土地利用方式的 uw个样点的土壤样品混合后 o取 u次平行测定的平
均值作为每种土地利用方式土壤颗粒组成的最终分析结果 ∀单因素方差分析k„‘’∂ „l及其他的统计分析
皆在 ≥°≥≥程序中运行 ∀
213 土壤质量评价方法
u1v1t 土壤质量综合指数的计算 本研究的土壤质量主要取决于土壤肥力 ∀由于土壤肥力形成机制的复
st 林 业 科 学 ww卷
杂性 o不同研究人员对土壤肥力的内涵和外延的理解不同 o因此 o评价指标也不尽一致 ∀本研究以土壤密度 !
³‹值 !有机碳 !全氮 !全磷 !全钾 !碱解氮 !有效磷 !速效钾等作为指示土壤质量指示因子 ∀
由于土壤肥力因子的变化具有连续性 o故各评价指标采用具有连续性的隶属度函数 o并根据主成分因子
负荷量值的正负性确定隶属度函数分布的升降性 o这与各因子对植被的效应相符合k张庆费等 ot|||l ∀采用
升型分布函数ktl式计算土壤 ³‹ 值和各项养分因子 o采用降型分布函数kul式计算土壤密度k刘世梁等 o
ussvl }
Θι € kξι p ξι°¬±lΠkξι°¤¬ p ξι°¬±l ~ ktl
Θι € kξι°¬± p ξιlΠkξι°¤¬ p ξι°¬±l ∀ kul
式中 }Θι 为各土壤肥力因子的隶属度值 oξι 为第 ι项土壤肥力因子值 oξι °¤¬和 ξι °¬±分别为第 ι项土壤肥力因
子的最大值和最小值 ∀
由于土壤各个肥力因子对土壤综合质量指数的重要性与贡献不同 o所以通常用权重系数来表示各个因
子的重要性 ∀本研究利用 ≥°≥≥软件计算各因子主成分的贡献率和累计贡献率 o通过主成分分析的因子负荷
量 o计算各因子在土壤质量中的作用大小 o确定它们的权重 Ωιk周勇等 oussul }
Ωι € Χι Ε
ν
ι € t
Χι o kvl
式中 }Χι 为第 ι个土壤肥力因子的因子负荷量 ∀
不同土地利用方式的土壤综合质量指数kΙ± l的计算参考张庆费等kt|||l的土壤肥力综合指数公式 o对
各个土壤因子的指标值采用乘法进行合成 o各土地利用土壤综合质量指数值kΙ± l的计算公式为
Ι± € Ε
ν
ι € t
Ωι ≅ Θι ∀ kwl
Ι± 值越大 o土壤质量越高 ~相反 o土壤质量越差 ∀
u1v1u 土壤退化指数的计算 土壤退化指数可以定量地反映土壤退化和改善程度 ∀根据 „§¨­∏º²±等
kt|{{l提出的公式计算土壤退化指数 o以某种土地利用类型为基准 o假设其他土地利用方式是由基准的土地
利用类型转变而来 o计算其他土地利用方式与基准土地利用方式下土壤各个属性间的差异k用百分数表示l o
再将各个属性的差异求和平均 ∀本研究以次生林地作为基准的土地利用类型 o选择的土壤肥力因子与土壤
质量评价指标体系相同 ∀计算公式如下 }
Ι⁄ € Ε
ν
ι € t
ξι p cξι Πcξι ≅ tss hΠν o kxl
式中 }Ι⁄为土壤退化指数 ~ cξι 为基准土地利用类型中土壤物理化学因子的基准值 ∀由于高的土壤密度值通
常表明土地有退化的趋势k²º µ¨¼ ετ αλqot||xl o所以实际计算中采用了密度差值的相反数 ∀土壤退化指数
可以是正数也可以是负数 }负数表明土壤退化 o正数说明土壤质量有所提高 ∀
v 结果与分析
311 不同土地利用方式对土壤物理性质的影响
土壤密度影响土体中水 !肥 !气 !热的变化与协调 o是表征土壤质量的重要参数k„¦²¶·¤2¤µ·¬±¨ ½ ετ αλqo
t||| ~ • «¤¯¯¨ ¼ ετ αλqot||xl ∀由表 t可知 o土壤密度表现为坡耕地kt1xv ª#¦°pvl 苗圃地kt1ww ª#¦°pvl 弃
耕地kt1vz ª#¦°pvl 采伐迹地kt1vy ª#¦°pvl 杉木人工林地kt1vt ª#¦°pvl 次生林地kt1vs ª#¦°pvl 经
济林地kt1u{ ª#¦°pvl o不同土地利用方式之间土壤密度差异显著k π  s1sxl ∀土壤总孔隙度影响土壤与大
气之间水和气体的交换以及植物体对土壤中水分和养分的吸收k«¨ ±ª ετ αλqot||{ ~杨玉盛等 ot|||l ∀由表
t可以看出 o经济林地总孔隙度kxt1xz h l最大 o坡耕地kwu1ty h l最小 o不同土地利用方式之间差异不显著
kπ  s1sxl ∀在不同土地利用方式中 o经济林地 !次生林地 !杉木人工林地的土壤密度比坡耕地 !苗圃地 !弃耕
地和采伐迹地低 o由于高的密度值通常表明土壤有退化的趋势k高雪松等 oussxl o表明坡耕地 !苗圃地 !弃耕
地和采伐迹地土壤更易退化 ∀由于林木根系和枯枝落叶层的作用 o增加了林地土壤的疏松性 !通气性和透水
性 o使土壤物理性状得以改善 ∀
土壤颗粒是构成土壤结构的主要组分 o其变化直接影响到土壤田间持水量 !凋萎湿度 !密度和孔隙度等
tt 第 {期 尹刚强等 }不同土地利用方式对湘中丘陵区土壤质量的影响
k高雪松等 oussxl ∀从表 t可以看出 o土壤颗粒组成主要集中在 t ∗ s1sx和  s1sst °°这 u个粒级范围内 oz
种土地利用方式下 t ∗ s1sx °°的土壤砂粒百分率均高于 t|1zv h o而  s1sst °°的土壤粘粒百分率均高于
t{1uu h ∀随着人为干扰程度的减弱 o s1sst °°的土壤粘粒百分率增加 o次生林地最高 o达 v|1vv h o其次
是经济林地 o为 vy1xz h o杉木人工林地为 vv1zw h o而采伐迹地却低于杉木人工林地 o为 vs1vz h o弃耕地高于
坡耕地kuw1sz h l和苗圃地kt{1uu h l o为 u{1vz h ∀t ∗ s1sx °°土壤砂粒的变化趋势为苗圃地kuy1{{ h l 坡耕
地kuy1ww h l  弃耕地kuv1zw h l  采伐迹地kuv1yz h l  次生林kuu1tu h l  人工林kus1|u h l  经济林
kt|1zv h l os1sst ∗ s1sx °°土壤粉粒比例的变化趋势为苗圃地kxw1|s h l  坡耕地kw|1w| h l  弃耕地
kwz1{{ h l 采伐迹地kwx1|y h l 杉木人工林kwx1vv h l 经济林kwv1zs h l 次生林kv{1|x h l ∀苗圃地与
坡耕地  s1sst °°的粘粒含量较低 os1sst ∗ s1sx °°的粉粒含量和 s1sx ∗ t °°砂粒含量却较高 o这与开垦
耕作改变了土壤原有结构有关k郑华等 ousswl ∀与坡耕地相比 o经过 vs年的弃耕后形成了以灌木为主的弃
耕地 o土壤结构渐渐恢复 o土壤质地有明显的粘化趋势 ∀采伐迹地原为 vs年生的檫树人工林地 o皆伐 t年
后 o仍然维持较好的土壤质地 o但值得注意的是采伐后林地地表裸露 o如果不及时采取营林措施 o会造成土壤
环境恶化 ∀次生林 !杉木人工林和经济林的土壤颗粒组成趋近于合理化 ∀可见土壤颗粒组成除了主要受母
质和地理环境影响外 o还与土地利用方式和植被类型有关 ∀
表 1 土壤物理性状
Ταβ .1 Σοιλ πηψσιχαλ προπερτιεσ
土地利用类型
¤±§∏¶¨ ·¼³¨
密度
⁄¨ ±¶¬·¼Πkª#¦°pvl
总孔隙度
ײ·¤¯ ³²µ²¶¬·¼Πh
粒径比例 °¨ µ¦¨±·¤ª¨ ²©ªµ¤¬± ¶¬½¨ Πh
t ∗ s1sx °° s1sx ∗s1st °°
s1st ∗
s1ssx °°
s1ssx ∗
s1sst °°  s1sst °°
次生林 ≥¨ ¦²±§¤µ¼©²µ¨¶· t1vs ? s1ts xs1{v ? s1tw uu1tu tx1|w y1xw ty1sz v|1vv
经济林 ∞¦²±²°¬¦©²µ¨¶· t1u{ ? s1sx xt1xz ? s1tv t|1zv t{1uy z1ys tz1{w vy1xz
杉木人工林 ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²± t1vt ? s1tt xs1zv ? s1tt us1|u t|1vz z1vu t{1yw vv1zw
苗圃地 ‘∏µ¶¨µ¼ t1ww ? s1ts wx1xw ? s1tu uy1{{ uu1y| tt1zy us1wx t{1uu
坡耕地 ≥¯ ²³¨ ©¤µ°¯¤±§¶ t1xv ? s1sv wu1ty ? s1ts uy1ww us1ws |1zz t|1vu uw1sz
采伐迹地 ⁄¨ ©²µ¨¶·¨§2¯ ¤±§¶ t1vy ? s1sy w{1xw ? s1tu uv1yz ut1vu w1|z t|1yz vs1vz
弃耕地 „¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶ t1vz ? s1sy w{1t{ ? s1sx uv1zw us1zu |1w{ tz1y{ u{1vz
312 土地利用方式对土壤化学性质的影响
测定结果k表 ul表明 o研究区土壤均呈酸性 o次生林土壤 ³‹值kw1v|l最高 o苗圃地土壤 ³‹值kv1wxl最
低 ∀随着耕作强度增大 o土壤酸化强度加大 ∀由表 u可以看出 o土壤表层ks ∗ tx ¦°l有机碳含量表现为人工
林kty1vw ª#®ªptl 弃耕地ktw1|{ ª#®ªptl 次生林ktw1|y ª#®ªptl 采伐迹地ktv1xs ª#®ªptl  经济林
ktu1vw ª#®ªptl 坡耕地ktt1su ª#®ªptl 苗圃地k|1vs ª#®ªptl ∀坡耕地 !苗圃地土壤表层有机碳含量较低
的原因为植物残余较少使得返回土壤的碳素降低 o另一方面开垦和耕作破坏了土壤原有的结构 o有机质分解
增强 o土壤碳素大量流失k高雪松等 oussxl ∀全氮含量表现为经济林kt1tx ª#®ªptl 弃耕地kt1tt ª#®ªptl 
次生林kt1s| ª#®ªptl 坡耕地kt1sx ª#®ªptl 人工林kt1sv ª#®ªptl 采伐迹地kt1st ª#®ªptl 苗圃地ks1|v
ª#®ªptl ∀碱解氮含量表现为次生林ktss1zw °ª#®ªptl 采伐迹地k|z1wt °ª#®ªptl 经济林k|y1y{ °ª#®ªptl 
坡耕地k|y1yw °ª#®ªptl 人工林k|y1ty °ª#®ªptl 弃耕地k|x1vu °ª#®ªptl 苗圃地k{{1|s °ª#®ªptl ∀相
关分析表明 o土壤表层有机碳 !全氮及碱解氮含量呈极显著正相关k有机碳含量与全氮含量的相关系数为
s1|yu o有机碳含量与碱解氮含量的相关系数为 s1{xz o全氮含量与碱解氮含量的相关系数为 s1zxv oπ  s1st o
ν € uwl ∀土壤全磷含量表现为次生林ks1{t ª#®ªptl 经济林ks1yx ª#®ªptl 采伐迹地ks1yv ª#®ªptl 人工
林ks1x| ª#®ªptl 弃耕地ks1wx ª#®ªptl 坡耕地ks1vu ª#®ªptl 苗圃地ks1uu ª#®ªptl ~土壤速效磷含量表
现为次生林ky1yv °ª#®ªptl 经济林kw1tv °ª#®ªptl 人工林kv1vy °ª#®ªptl 采伐迹地ku1zu °ª#®ªptl 
坡耕地kt1|| °ª#®ªptl  苗圃地kt1uy °ª#®ªptl  弃耕地ks1x| °ª#®ªptl ∀土壤全钾含量表现为经济林
kux1y{ ª#®ªptl 次生林kuv1x| ª#®ªptl 采伐迹地kuu1xw ª#®ªptl 人工林kus1yu ª#®ªptl 弃耕地ktx1|{
ª#®ªptl 坡耕地ktv1uy ª#®ªptl 苗圃地kts1sv ª#®ªptl ∀土壤速效钾含量表现为次生林kzx1u| °ª#®ªptl 
采伐迹地kzs1vw °ª#®ªptl 人工林ky{1wx °ª#®ªptl 经济林kyx1yw °ª#®ªptl 弃耕地kyx1uz °ª#®ªptl 
坡耕地kws1tz °ª#®ªptl 苗圃地kvu1|{ °ª#®ªptl ∀方差分析结果表明 o土壤 ³‹值 !有机碳含量在不同土地
利用方式之间差异达到极显著水平kπ  s1stl o全氮 !全磷 !全钾 !碱解氮 !有效磷及速效钾含量表现为差异显
ut 林 业 科 学 ww卷
著kπ  s1sxl ∀
表 2 土壤化学性质 ≠
Ταβ .2 Σοιλ χηεµιχαλ προπερτιεσ
土地利用类型
¤±§∏¶¨ ·¼³¨ ³‹
有机碳
’µª¤±¬¦≤Π
kª#®ªptl
全 ‘
ײ·¤¯ ‘Π
kª#®ªptl
全 °
ײ·¤¯ °Π
kª#®ªptl
全 Ž
ײ·¤¯ ŽΠ
kª#®ªptl
碱解氮
‹¼§µ²¯¼½¨ §‘Π
k°ª#®ªptl
有效磷
„√¤¬¯¤¥¯¨°Π
k°ª#®ªptl
速效钾
„√¤¬¯¤¥¯¨ŽΠ
k°ª#®ªptl
次生林 ≥ ¦¨²±§¤µ¼©²µ¨¶· w1v|ks1szl
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经济林 ∞¦²±²°¬¦©²µ¨¶· v1{wks1syl
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杉木人工林 ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ
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苗圃 ‘∏µ¶¨µ¼ v1wxks1syl
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坡耕地 ≥¯ ²³¨ ©¤µ°¯¤±§¶ v1y{ks1wzs
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采伐迹地 ⁄¨ ©²µ¨¶·¨§2¯ ¤±§¶ v1{{ks1sxl
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弃耕地 „¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶ v1|{ks1vxl
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≠ 表中括号内数据表示标准差 ׫¨ ±∏°¥¨µ¬±·«¨ ¥µ¤¦®¨·¬¶¶·¤±§¤µ§§¨√¬¤·¬²±q
313 土壤综合质量指数
土壤综合质量指数反映了不同土地利用方式的土壤质量的相对值 ∀利用公式ktl和kul o计算土壤质量
因子的隶属度值k表 vl ∀
表 3 土壤质量因子的隶属度值
Ταβ .3 Μεµ βερσηιπ φυνχτιον ϖαλυε οφ σοιλ θυαλιτψφαχτορσ
土地利用类型
¤±§∏¶¨ ·¼³¨
密度
⁄¨ ±¶¬·¼ ³‹
有机碳
’µª¤±¬¦≤
全 ‘
ײ·¤¯ ‘
全 °
ײ·¤¯ °
全 Ž
ײ·¤¯ Ž
碱解氮
‹¼§µ²¯¼½¨ §‘
有效磷
„√¤¬¯¤¥¯¨°
速效钾
„√¤¬¯¤¥¯¨Ž
次生林 ≥ ¦¨²±§¤µ¼©²µ¨¶· s1|u t1ss t1ss s1zx t1ss s1{z t1ss t1ss t1ss
经济林 ∞¦²±²°¬¦©²µ¨¶· t1ss s1wt s1xv t1ss s1zv t1ss s1yy s1x| s1zz
杉木人工林 ≤«¬±¨ ¶¨ ƒ¬µ³¯¤±·¤·¬²± s1|t s1vz s1zt s1vz s1yv s1y{ s1yt s1wy s1{w
苗圃 ‘∏µ¶¨µ¼ s1vy s1ss s1ss s1ss s1ss s1ss s1ss s1tt s1ss
坡耕地 ≥¯ ²³¨ ©¤µ°¯¤±§¶ s1ss s1uw s1vs s1xw s1tz s1ut s1yx s1uv s1tz
采伐迹地 ⁄¨ ©²µ¨¶·¨§2¯ ¤±§¶ s1y{ s1wy s1zw s1vy s1y| s1{s s1zu s1vx s1{{
弃耕地 „¥¤±§²±¨ § ¤¯±§¶ s1yw s1xy t1ss s1{t s1v| s1v{ s1xw s1ss s1zy
表 w给出了不同土壤质量主成分分析的结果 o因为第一主成分的贡献率达 zw1vt h o可以综合反映出原
来所有土壤质量要素的绝大部分变异信息 ∀所以按照第一主成分分析因子负荷量 o利用公式kvl计算各肥力
因子的权重系数 ∀
表 4 土壤质量因子主成分分析
Ταβ .4 Αναλψσισ οφ πρινχιπαλ χοµ πονεντσ οφ σοιλ θυαλιτψφαχτορσ
项目 Œ·¨° 主成分 °µ¬±¦¬³¤¯ ¦²°³²±¨ ±·t u v w x y z { |
贡献率 °¨ µ¦¨±·²©√¤µ¬¤±¦¨ zw1vt |1w| z1w| x1{t u1yv s1uz s s s
累计贡献率 ≤∏°∏¯¤·¬√¨³¨µ¦¨±·¤ª¨ zw1vt {v1{s |t1u| |z1ts ||1zv tss tss tss tss
因子负荷量 ≤¤³¤¦¬·¼ s1tu s1tv s1tv s1ts s1tx s1tw s1tv s1tu s1tw
权重 • ¬¨ª«· s1ts s1tu s1tt s1s| s1tv s1tu s1tt s1ts s1tu
根据公式kwl计算出不同土地利用方式的土壤质量综合指数kΙ± l ∀结果表明不同的土地利用方式对土
壤质量有着很大的影响 ∀z种不同土地利用方式的土壤质量综合指数表现为次生林k|x1vx h l 经济林
kzv1{v h l  采伐迹地kyw1wt h l  人工林kyu1yt h l  弃耕地kxy1vs h l  坡耕地kuz1vx h l  苗圃地
kw1{w h l ∀次生林地土壤质量综合指数最高 o其次是经济林地 o而苗圃地的土壤质量综合指数最低 o表明林
地群落具有较高的物种丰富度与较好的微生态环境k如光照 !地表温度 !物种多样性 !乔灌草的比例等l o保持
vt 第 {期 尹刚强等 }不同土地利用方式对湘中丘陵区土壤质量的影响
了较高水平的土壤质量 o而耕作和掠夺性的特殊土地利用方式极易造成养分流失 o降低土壤质量k¨³¶¦« ετ
αλqot||w ~∞¯¯¨µ·ετ αλqot||yl ∀
杉木人工林土壤质量值较低 o与坡度较大的立地条件及锄抚管理措施有关 ∀采伐迹地地表裸露近 t年 o
土壤质量有退化趋势 ∀弃耕地的土壤质量综合指数值明显大于坡耕地 o主要是由于弃耕后人类干扰活动减
少 o植被迅速恢复 o土壤物理性质得到明显改善 o营养元素大量积累 ∀
314 土壤退化指数
以次生林地为基准地 o结果表明 o经济林地 !采伐迹地 !人工林地 !弃耕地 !坡耕地与苗圃地的土壤退化指
数分别为 p |1|s h op tw1vx h op tw1|y h op uu1uu h op vu1ty h及 p ws1ww h ∀苗圃地土壤退化程度最为严
重 o其次是坡耕地 o这与人为干扰活动密切相关 }⁄¤√¬§¶²±等kt||vl报道 o耕作会导致土壤质量下降 ∀弃耕地
的土壤退化指数明显高于坡耕地 o说明弃耕后 o随着植被的恢复 o土壤质量有了明显好转 o减缓了土壤退化 ∀
由于杉木人工林地地被物遭受破坏 o土壤侵蚀加剧 o进而导致土壤薄层化和砂化 o使杉木人工林林地土壤退
化k吴蔚东等 ousstl ∀由于檫树林生长形成了较好的土壤结构 o采伐 t年后土壤退化程度相对较轻 ∀经济林
的土壤退化指数相对最高 ows年的林木生长积累了较多的凋落物 !丰富的根系和依赖于森林生存的特有生
物使其具有独特的成土条件和自肥机制k张庆费等 ot|||l o也与人为粗放式管理有关k较少的人为干扰l ∀
经统计分析可以看出 o土壤退化指数k Ι⁄l和土壤质量综合指数k Ι± l之间具有良好的线性关系k Ρ €
s1|| oΠ s1stl ∀表明土壤退化指数同土壤质量综合指数能有效地评价不同土地利用类型的土壤质量 o而且
过程简化 o评价指标也不受限制 o但基准土地利用类型的选择是关键 ∀
w 结论与讨论
本研究中 oz种土地利用方式之间土壤密度和养分含量均表现为显著的差异 ∀表明人类活动和植被恢
复引起的不同土地利用方式对土壤性状有明显的影响 o很多研究者有过类似的报道k • ¤±ª ετ αλqot||y ~吴蔚
东等 ousst ~≤«¨ ± ετ αλqoussv ~巩杰等 oussw ~龙健等 oussxl ∀由于速效性养分含量受时间和各种环境因子的
影响较大 o因此不同土地利用方式土壤表层中速效氮 !有效磷和速效钾的变化只具有相对比较的意义 o还有
待于进行多次采样的比较研究 ∀
本研究中 o次生林林地土壤综合质量指数最高 o其次是经济林 ∀表明天然林采伐后经过多年的自然演替
恢复仍可以保持较高土壤肥力 ovs年生经济林林地积累了较多的凋落物 o具有独特的成土条件和自肥机制 o
也与人为粗放式管理有关k较少的人为干扰l ∀而杉木人工林处于坡度较大的立地条件 o并采用锄抚的方式
进行全面抚育 o抚育过程会造成地被物破坏和土壤翻动 o引起土壤有机质和养分含量下降 !土壤侵蚀加剧 o进
而导致土壤退化 ∀另外 o杉木凋落物纤维素 !半纤维素含量较高 o矿物质以及其他元素含量相对较低 o导致凋
落物难以分解 o养分含量相对较低 o这可能是引起杉木人工林林地土壤质量下降的一个重要原因k«¨ ±ª ετ
αλqot||{l ∀有研究表明k郑华等 oussw ~田育新等 oussul o自然恢复的次生林在控制水土流失方面要优于单
一的油茶林 !杉木人工林 !湿地松林 o自然恢复的次生林更有利于提高土壤质量 o人工林土壤质量低于天然次
生林的土壤质量 ∀因此 o在具有一定恢复潜力的退化生态系统中 o采取封山育林的植被恢复措施更有利于维
持土壤质量 ∀由于原为约 vs年生的檫树林积累了较多养分 o形成了较好的土壤结构 o在皆伐 t年后 o采伐迹
地仍然具有较好的土壤质地 o退化程度相对较轻 o但采伐后地表裸露 o如不及时加快林地恢复 o也会造成土壤
质量下降 ∀由此可见 o林地能够很好地改善和维持土壤肥力质量 o合理的林地经营和管理保护措施对于保持
土壤质量很重要 ∀
弃耕地的土壤质量综合指数明显高于坡耕地 o是由于弃耕 vs年后 o人类干扰活动大大减少 o逐渐形成了
以灌木为主的植物群落 o土壤质地得到明显改善 o土壤结构得到恢复 o营养元素逐渐积累 ∀而苗圃地和坡耕
地的土壤综合质量指数最低 o是由于在长期的人为耕作管理下 o土壤粘粒和粉粒大量流失 o土壤粗粒化 o结构
分散 o密度增大 o孔隙度降低 o养分流失 o从而引起土壤质量降低 o呈现退化趋势 ∀此外 o这 u种土地利用类型
在生产过程中带走大量有机质 o随着耕种时间推移 o土壤肥力会下降 o苗圃地表现得尤为明显 ∀ …¯¤¬µ等
kt||xl报道 o有机残余物与土壤混合后 o土壤微生物活性增强 o部分有机质的分解加速 o导致土壤结构性状度
差和土壤密度增加 ∀
本研究运用了土壤退化指数与土壤质量综合指数 u种定量化方法对湘中丘陵区 z种典型土地利用方式
wt 林 业 科 学 ww卷
的土壤质量进行评价 o所得出的结果一致 o而且土壤退化指数kΙ⁄l和土壤质量综合指数kΙ± l之间具有极显著
的线性关系k Ρ € s1|| oΠ s1stl o说明土壤退化指数和土壤质量综合指数同样能有效地评价不同土地利用
方式的土壤质量k基准土地利用类型的选择是关键l ∀
参 考 文 献
高雪松 o邓良基 o张世熔 qussx q不同利用方式与坡位土壤物理性质及养分特征分析 q水土保持学报 ot|kul }xv p ys oz| q
巩 杰 o陈顶利 o傅伯杰 o等 qussw q黄土丘陵区小流域土地利用和植被恢复对土壤质量的影响 q应用生态学报 otxktul }uu|u p uu|y q
侯文广 o江聪世 o熊庆文 o等 qussv q基于 ŠŒ≥的土壤质量评价研究 q武汉大学学报 ou{ktl }ys p yw q
刘德春 o何 鑫 o王昌全 qussw q马尔柯夫法在土壤质量评价中的应用 q国土与自然资源研究 ou }xt p xu q
刘世梁 o傅伯杰 o陈利顶 o等 qussv q两种土壤质量变化的定量评价方法比较 q长江流域资源与环境 okxl }wuu p wuy q
刘占锋 o傅伯杰 o刘国华 o等 qussy q土壤质量与土壤质量指标及评价 q生态学报 ouykvl }|st p |tv q
龙 健 o邓启琼 o江新荣 o等 qussx q贵州喀斯特石漠化地区土地利用方式对土壤质量恢复能力的影响 q生态学报 ouxktul }vt{{ p vt|x q
苏永中 o赵哈林 qussv q科尔沁沙地不同土地利用和管理方式对土壤质量的影响 q应用生态学报 otwktsl }ty{t p ty{y q
孙 波 o赵其国 qt||| q红壤退化中的土壤质量评价指标及评价方法 q地理科学进展 ot{kul }tt{ p tu{ q
田育新 o李锡泉 o袁正科 o等 qussu q湘南红壤区不同林分类型涵水保土效益研究 q水土保持研究 o|kwl }{s p {u q
吴蔚东 o张桃林 o高 超 o等 qusst q红壤地区杉木人工林土壤肥力质量性状的演变 q土壤学报 ov{kvl }u{x p u|w q
谢炳庚 o李晓青 qusst q湖南农村土地利用现状及对策初探 q经济地理 outkyl }zuv p zuy q
杨玉盛 o俞新妥 o邱仁辉 qt||| q栽杉留阔模式生产力和土壤肥力的研究 q林业科学 ovxkwl }| p tv q
张庆费 o宋永昌 o由文辉 qt||| q浙江天童植物群落次生演替与土壤肥力的关系 q生态学报 ot|kul }tzw p tz{ q
郑 华 o欧阳志云 o王效科 o等 qussw q不同森林恢复类型对南方红壤侵蚀区土壤质量的影响 q生态学报 ouwk|l }t||w p ussu q
中国科学院南京土壤研究所 qt|z{ q土壤理化分析 q上海 }上海科学技术出版社 q
周 勇 o王 毅 qussu q湖南土地资源开发利用与管理的现状 !问题及对策 q湖南社会科学 ok增 tl }xs p xx q
„¦²¶·¤2¤µ·¬±¨ ½ ∂ o • ¬¨¦«¨µ o…¬¶¦«²©©  o ετ αλqt|||1׫¨ µ²¯¨²©·µ¨¨¯¨ ¤©°∏¯¦«¤±§±¬·µ²ª¨ ±©¨µ·¬¯¬½¨ µ²±·∏µ©ªµ¤¶¶¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼q…¬²¯ ƒ µ¨·≥²¬¯¶ou| }xx p yt q
„§¨­∏º²±  ’ o∞®¤±¤§¨ ’ qt|{{1„ ¦²°³¤µ¬¶²± ²©¶²¬¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶∏±§¨µ§¬©©¨µ¨±·¯¤±§∏¶¨ ·¼³¨¶¬± ¤³¤µ·²©·«¨ ‘¬ª¨µ¬¤± ≤²¦²¤ …¨ ·¯q≤¤·¨±¤otx }vt| p vvt q
…¯¤¬µŠ o¨©µ¨¼ ⁄ …o¬¶¯¨qt||x1≥²¬¯¦¤µ¥²±©µ¤¦·¬²±¶¥¤¶¨§²±·«¨¬µ§¨ªµ¨¨²©²¬¬§¤·¬²±o¤±§·«¨ §¨ √¨ ²¯³°¨ ±·²©¤¦¤µ¥²± °¤±¤ª¨ ° ±¨·¬±§¨¬©²µ¤ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯
¶¼¶·¨°¶q„∏¶·µ¤¯¬¤± ²∏µ±¤¯ ²© „ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯ • ¶¨¨¤µ¦«owy }twx| p twyy q
≤«¨ ± ÷ • o¬… qussv1≤«¤±ª¨¶¬±¶²¬¯¦¤µ¥²±¤±§±∏·µ¬¨±·¶·²µ¤ª¨ ¤©·¨µ«∏°¤± §¬¶·∏µ¥¤±¦¨ ²©¤³µ¬°¤µ¼ Ž²µ¨¤± ³¬±¨ ©²µ¨¶·¬± ‘²µ·«¨¤¶·≤«¬±¤qƒ²µ∞¦²¯ ¤±o
t{y }t|z p usy q
⁄¤√¬§¶²± ∞ „ o „¦®¨µ°¤± Œqt||v1≤«¤±ª¨¶²©¶²¬¯ ¦¤µ¥²±¬±√¨ ±·²µ¬¨¶©²¯ ²¯º¬±ª¦∏¯·¬√¤·¬²± ²©³µ¨√¬²∏¶¯¼ ∏±·¬¯¯ §¨¶²¬¯¶q…¬²ª¨²¦«¨ °¬¶·µ¼ous }tyt p t|v q
∞¯¯¨µ·… ‹ oŠµ¨ª²µ¬¦«∞ Š qt||y1≥·²µ¤ª¨ ²©¦¤µ¥²±o±¬·µ²ª¨ ± ¤±§³«²¶³«²µ∏¶¬± ¦∏¯·¬√¤·¨§¤±§¤§­¤¦¨±·©²µ¨¶·¨§¶²¬¯¶²© ’±·¤µ¬²q≥²¬¯ ≥¦¬otyt }t p tz q
¨³¶¦«Œ ƒ o  ±¨® • o ’¯¬√¨ ¬µ¤…qt||w1≤¤µ¥²± ¶·²µ¤ª¨ ¤±§²·«¨µ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¶²¬¯¶∏±§¨µ¤ªµ¬¦∏¯·∏µ¨ ¤±§±¤·∏µ¤¯ √¨ ª¨·¤·¬²±¬± ≥¤² °¤∏¯² ≥·¤·¨o…µ¤½¬¯q≥²¬¯
˜¶¨ ¤±¤ª¨ ° ±¨·ots }vw p wu q
²º µ¨¼ …o≥º¤± o≥¦«∏°¤¦«¨µ× o ετ αλqt||x1°«¼¶¬¦¤¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶²©¶¨¯¨ ¦·¨§¶²¬¯¶¥¼ µ¨²¶¬²± ¦¯¤¶¶q≥²¬¯ • ¤·¨µ≤²±¶¨µ√ oxs }vsy p vtt q
≥°¬·«o‹¤¯√²µ¶²± o°¤³¨ ±§¬¦® • Œqt||v1˜¶¬±ª °∏¯·¬³¯ 2¨√¤µ¬¤¥¯¨¬±§¬¦¤·²µ¶Žµ¬ª¬±ª©²µ √¨¤¯∏¤·¬±ª¶²¬¯ ∏´¤¯¬·¼q≥²¬¯ ≥¦¬≥²¦„° oxz }zwv p zw| q
• ¤±ª ÷ oŠ²±ª × qt||y1 ²±¬·²µ¬±ª¤±§ √¨¤¯∏¤·¬²± ²©¶²¬¯ ¦«¤±ª¨¶∏±§¨µ¯ ¤±§∏¶¨ ²©§¬©©¨µ¨±·³¤·¨µ±¶¤·¤¶°¤¯¯µ¨ª¬²±¤¯ ¯¨ √¨¯ ¬±¶²∏·« ≤«¬±¤q°¨ §²¶³«¨µ¨ o
y }vzv p vz{ q
• «¤¯¯¨ ¼ • • o⁄∏°¬·µ∏∞o ⁄¨ ¬·¨µ„ • qt||x1…¬²¯²ª¬¦¤¯ ©¨©¨¦·¶²©¶²¬¯ ¦²°³¤¦·¬²±q≥²¬¯ ׬¯¯ • ¶¨ovx }xv p y{ q
«¨ ±ª ≠ ≥ o⁄¬±ª ≠ ÷ qt||{1∞©©¨¦·²© °¬¬¨ §©²µ¨¶·¶²© ≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µ¤±§×¶²²±ª. ¶·µ¨¨²± ¶²¬¯ ³µ²³¨µ·¬¨¶q°¨ §²¶³«¨µ¨ o{ kul }tyt p ty{ q
k责任编辑 于静娴l
xt 第 {期 尹刚强等 }不同土地利用方式对湘中丘陵区土壤质量的影响